Tài liệu THUYẾT TRÌNH NITROGEN DIOXIDE

Nitrogen Dioxid (NO2) 3.4.1 GiớiThiệu Mặc dù nồng độ SO2 trong không khí đã được giảm tại 1 số nước công nghiệp ở Châu Âu và Bắc Mỹ trong 30 năm qua do có sự can thiệp của pháp luật nhằm hạn chế lượng khí thải SO2, việc sử dụng than lưu huỳnh thấp, áp dụng công nghệ khử khí thải lưu huỳnh và tăng việc sử dụng khí thiên nhiên, phát thải NO x đang tiếp tục tăng, nhiều đến nổi ô nhiễm NOx hiện nay là một vấn đề lớn ở nhiều nước. Nitrogen oxides (NOx) bao gồm nitric oxide (NO) và nitrogen dioxide (NO2). Các nguồn chính gây ô nhiễm NOx là việc đốt cháy nguyên liệu trong nhà máy điện, nồi hơi công nghiệp và động cơ xe hơi. Trong quá trình đốt, N 2 trong không khí và Nito trong nhiên liệu bị oxi hóa thành NO. Gần 1 nửa số khí NO là do con người đến từ nguồn di động, phần còn lại đến từ các nhà máy điện và nồi hơi công nghiệp. Lò đốt rác và nhà máy hóa chất đóng góp không đáng kể cho việc ô nhiễm NO x. Nguồn tự nhiên của NOx bao gồm núi lửa, hoạt động của vi khuẩn, cháy và sấm sét ở rừng. Trong không khí, NO dễ dàng bị oxy hóa thành NO2 bằng ozone O3 và gốc HO2: NO + O3  NO2 + O2 NO + HO2  NO2 + OH NO2 thì độc hại hơn NO và hầu hết các vấn đề về sức khỏe đã được tập trung vào NO 2. NO2 có thể làm thay đổi chức năng của phổi và tăng nguy cơ nhiễm trùng đường hô hấp. Bệnh nhân bị hen, trẻ con và người bị bệnh hô hấp mãn tính có thể đặc biệt nhạy cảm với ô nhiễm NOx. Hơn nữa, NOx gây ô nhiễm góp phần tăng mức độ ozone O 3 mặt đất, một thành phần chính của sương khói quang hóa thì ảnh hưởng đến nhiều khu vực đô thị trên toàn thế giới (xem phần 3.1.3). Các pha màu nâu đỏ của không khí có thể được quan sát thấy trong nhiều thành phố bị ô nhiễm là do NO2. NOx cũng có thể gây tổn hại thực vật và vật liệu. NO2 góp phần tạo mưa acid vì nó dễ dàng chuyển đổi sang acid nitric (HNO 3) trong bầu khí quyển (xem chương 2). Sự góp phần tạo mưa acid của NO x thì xấp xỉ bằng khí SO2, và ở 1 số vùng như phía tây Hoa Kì, NO x đóng góp rất lớn vào việc gây mưa acid. Theo quan điểm về những mối quan tâm của các nước phát triển công nghiệp đã thông qua luật để kiểm soát lượng khí thải của NO x và các giới hạn đặt ra ngày càng nghiêm ngặt hơn. Môi trường xung quanh NO2 thường xuyên được đo tại hầu hết các trạm quan trắc chất lượng không khí đô thị, trong khi giám sát phát thải tại nguồn được thực hiện tại các nhà máy điện và nhà máy sản xuất acid nitric. Phương pháp thường được sử dụng dựa trên phản ứng chemiluminescent (Phát xạ ánh sáng như một kết quả của một phản ứng hóa học ở nhiệt độ môi trường) giữa NO và O 3, phản ứng sẽ kích thích các phân tử NO2. Những phân tử kích thích phát ra ánh sáng có thể theo dõi được. NO 2 đầu tiên sẽ chuyển đổi thành NO sau đó phản ứng với O 3.Phương pháp cổ điển dựa trên bọt khí và 1 giải pháp tiếp theo và phân tích so màu. Một trong những phương pháp vẫn được dùng để tham khảo cho NO2 tại Mỹ và Nhật Bản. 3.4.2. PHƯƠNG PHÁP NO2- được hấp thụ vào dung dịch natri arsenite 0,1%, nơi nó chuyển đổi thành ion nitrite (NO2-). Ion nitrite NO2- phản ứng với hỗn hợp sulfanilic (C6H7NO3S) và acid acetic (CH3COOH) để cung cấp cho hợp chất diazo (R 2C = N2). Chất này phản ứng với acid 1naphthylamine-7-sulfonic(C10H9NO3S (1,7)) để bổ sung cho thuốc nhuộm tím – hồng, độ hấp thụ của chất được xác định ở bước sóng 525nm. Phương pháp được sử dụng cho việc xác định NO2- ở đây đã được sửa đổi từ một phương pháp Tiêu chuẩn Anh (British Standard 2690, 1968). 3.4.3. VẬT CHẤT 3.4.3.1 Điều khiển sự hấp thụ  Giống như đối với điều khiển độ hấp thụ trong phần 3.3  Màng lọc (0,45µm), đường kính 47mm, ví dụ màng lọc Millipore và giá đỡ bộ lọc. 3.4.3.2 PHÂN TÍCH  Máy quang phổ  Sự hấp thụ thuốc thử. Hòa tan 4g NaOH và 1.0 NaAsO 2 trong nước phòng thí nghiệm và thêm vào tới vạch trong bình định mức 1L.  Thuốc thử A. Chuẩn bị dung dịch acid sulfanilic bằng cách hòa tan 0.5g acid sulfanilic trong hỗn hợp 120mL nước phòng thí nghiệm và 30mL acid acetic.  Thuốc thử B. Chuẩn bị dung dịch Clever's acid (1-naphthylamine-7-sulfonic) bằng cách hòa tan 0,2g acid 1-naphthylamine-7-sulfonic trong hỗn hợp của 120mL nước phòng thí nghiệm và 30mL acid acetic.  Dung dịch NO2- dự trữ, chuẩn bị 1000mgL-1 bằng cách hòa tan 1.5g NaNO2 khô trong nước phòng thí nghiệm và pha loãng tới vạch trong chai 1L.  Dung dịch NO2- làm việc, chuẩn bị 10mgL-1 bằng cách pha loãng 10mL lấy từ 1000mgL-1 dung dịch dự trữ tới 1L với nước.  H2O2 30% 3.4.4. Quá trình lấy mẫu 3.4.4.1 Lấy mẫu Cho 10mL dung dịch hấp thu vào impinger và lắp thiết bị lấy mẫu như sau. Đặt màng lọc trước impinger và ống xi-phông chứa chất hút ẩm có vai trò giữ lại hơi nước đặt ở phía sau impinger Điều này tùy thuộc vào lưu lượng kế và máy bơm. Lấy mẫu giống như hình minh họa 3.5, ngoại trừ bình Dreshel được thay thế với impinger. Mẫu không khí với tốc độ dòng là 0.2 mL/phút trong 24h. Đo tốc độ dòng khi bắt đầu và kết thúc của thời gian lấy mẫu và lấy giá trị trung bình. Trước khi lấy mẫu, đánh dấu mức dung dịch hấp thu trong impinger và sau khi lấy mẫu, cho nước vào đến vạch đánh dấu ban đầu để bù đắp lại cho dung dịch do bay hơi . 3.4.4.2 Phân tích Chuyển dung dịch hấp thu từ impinger vào bình định mức 25mL. Cho thêm 0.2 mL dung dịch H2O2, 2 mL thuốc thử A, trộn và để yên 20p. Cho thêm 5mL thuốc thử B và dùng nước phòng thí nghiệm để pha loãng đến vạch định mức. Để yên thêm 20p và đo độ hấp thu của dung dịch tại bước sóng 525nm với cuvet 1cm. Đo độ hấp thu của mẫu trắng được chuẩn bị bằng cách lấy 10mL thuốc thử hấp thu và thêm vào thuốc thử A, B tương tự như cách làm ở trên. Chuẩn bị dãy chuẩn bằng cách pha loãng dung dịch làm việc NO 2- ở các nồng độ sau đây: 0.25, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0 và 5.0 µg/mL NO 2-. Lấy 10 mL của mỗi bình trong dãy chuẩn cho vào bình định mức 25mL và tiến hành làm tương tự như mẫu. Ta trừ đi độ hấp thu của mẫu trắng và đọc kết quả của dãy chuẩn. Chuẩn bị 1 đồ thị đường chuẩn về khả năng hấp thu của các nồng độ NO2-. Đọc ra nồng độ trong mẫu. Tính nồng độ NO2- trong không khí theo công thức sau: NO2- (µg/m3) = 0.82.C.V1/V Trong đó: C là nồng độ của dung dịch hấp thu (µg/mL NO2-) V1 là thể tích của dung dich hấp thu mL V là thể tích của mẫu khí trong 1 m3 0.82 là hiệu suất lấy mẫu Chú ý: 1. Hiệu suất lấy mẫu cho phương pháp này phụ thuộc vào loại thiết bị lấy mẫu được sử dụng. Sự khác nhau giữa impinger và bubbler có thể là sự khác nhau nhiều về hiệu suất. Hiệu suất trên 82% khi ống có đường kính 1.0 mm và vị trí là 6 mm từ phía dưới của ống hấp thụ. 2. Ta có thể sử dụng 1 bình Drechsel 100 mL thay cho impinger. Trong trường hợp này, sử dụng 50 mL dung dịch hấp thu và mẫu, tiến hành làm giống như đã nêu ở trên. Sau khi lấy mẫu cho thêm 1 mL H 2O2 30%, tiếp theo thêm 2 mL thuốc thử A. Trộn, để yên khoảng 20p. Thêm 5 mL thuốc thử B, để yên thêm 20p và đo độ hấp thu ở bước sóng 525 nm. Với phương pháp này nên sử dụng các tiêu chuẩn trong nước đến 50 mL và sau đó thêm các thuốc thử tuowg ứng giống như cách làm đối với mẫu để giữ cho các điều kiện không đổi. 3. Đối với mẫu có nồng độ quá thấp thì có thể thêm 10 mL thuốc thử vào mẫu hoặc dãy chuẩn mà không cần pha loãng lên 25 mL. Điều này sẽ làm tăng độ nhạy 4. NO có thể làm cản trở trong phương pháp này (5-15%) 5. SO2 cũng cản trở nhưng được loại bỏ bằng cách oxy hóa H2O2 về SO42- 3.4.5 Câu hỏi và vấn đề 1. Chuyển đổi nồng độ NO2 đã xác định khối lượng tỷ lệ pha trộn. 2. So sánh các nồng độ đã xác định với các tiêu chuẩn trích dẫn trong Phụ lục III và nhận xét. 3. Liệt kê các nguồn NOx tự nhiên và nhân tạo. 4. Thảo luận về những tác động của ô nhiễm NOx. 5. Các hằng số tỷ lệ bậc 2 và nồng độ oxy hóa cho quá trình oxy hóa NO bởi HO 2, CH3O2 và O3 trương ứng được cho bên dưới: Phản ứng k (cm3phântử-1s-1) NO + HO2 NO + CH3O2 NO + O3 8,1.10-12 6,2.10-13 1,6.10-14 Nồng độ oxy -3 (phântửcm ) HO2 = 6.109 CH3O2 = 1.109 O3 = 5.1012 hóa Tính % NO chuyển sang NO2 trong 1s theo mỗi cơ chế và kết luận đâu là cơ chế hiệu quả nhất cho việc chuyển NO thành NO2 3.4.6 Đế xuất cho các dự án 1. Có thể xác định hiệu quả hấp thụ bằng cách đặt 2 hay nhiều hơn, các impinger trong 1 loạt và lấy mẫu. Nếu không quan sát thấy NO2 trong impinger thứ 2, có nghĩa là hiệu quả hấp phụ của impiger đầu tiên là 100%. Nếu không có đủ impinger trong 1 loạt cho đến khi không còn thấy NO2 trong impinger cuối cùng, thì có thể giả định rằng tồng các hấp thụ trong các impinger là 100%. Sau đó có thể tính toán hiệu quả hấp thu trong impinger đầu tiên và dùng kết quả đó cho các xác định típ theo. 2. Xác định nồng độ NO2 ở các địa điểm khác nhau như: đô thị, nông thôn, khu dân cư, khu công nghiệp. Nhận xét các kết quả. 3. Xác định nồng độ NO2 ở các độ cao khác nhau bằng cách lấy lẫu ổ các tầng khác nhau của 1 nhà cao tầng. 4. Đo nồng độ NO2 ở cùng 1 vị trí trong thời gian khô hạn và mưa kéo dài. Kết quả cho thấy những gì? Đều tra các quan hệ giữa lượng mưa và lượng NO 2 trong không khí. Mẫu trên trong những ngày nhiều mưa bạn có thể vẽ đồ thị biểu diễn nồng độ NO 2 so với tổng lượng mưa (mm). Bạn có thể có được lượng mưa các ngày qua mẫu NO 2 từ địa phương hoặc có thể xác định được lượng mưa trung bình thông qua đài khí tượng học. Tính hệ số tương quan và xác định mức độ ý nghĩa của nó. Trả lời câu hỏi 3. Liệt kê các nguồn NOx tự nhiên và nhân tạo. Nguồn tự nhiên: núi lửa, hoạt động của vi khuẩn, cháy và sấm sét ở rừng,.. Nhân tạo: việc đốt cháy nguyên liệu trong nhà máy điện, nồi hơi công nghiệp và động cơ xe hơi,.. 4. Thảo luận về những tác động của ô nhiễm NOx. NO2 có thể làm thay đổi chức năng của phổi và tăng nguy cơ nhiễm trùng đường hô hấp. Bệnh nhân bị hen, trẻ con và người bị bệnh hô hấp mãn tính có thể đặc biệt nhạy cảm với ô nhiễm NOx. NOx gây ô nhiễm góp phần tăng mức độ ozone O 3 mặt đất, một thành phần chính của sương khói quang hóa thì ảnh hưởng đến nhiều khu vực đô thị trên toàn thế giới. NO2 góp phần tạo mưa acid vì nó dễ dàng chuyển đổi sang acid nitric (HNO 3) trong bầu khí quyển,..